Лекции Лаборант школы (химия). 1 посуда лабораторная

• Название: 1 посуда лабораторная
• Дата: 20.05.2021
• Размер: 1.87 Mb.
• Имя файла: Лекции Лаборант школы (химия).docx
• Тип: Конспект; #207578
• страница: 13 из 39

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК НЕФТИ И НЕФТЕПРОДЕКТОВ

Добыча и потребление нефти – важный показатель промышленного развития государств; организация ее переработки отражает уровень хими- ческой науки и технологии.

С точки зрения геологии нефть – важнейшее горючее ископаемое, маслянистая жидкость со специфическим запахом, образующая в недрах скопления (обычно вместе с газообразными горючими ископаемыми), а на поверхности Земли обычно превращающаяся в полутвердый асфальт или густую мальту. А в химии та же мальта называется продуктом осмоления и частичной полимеризации нефти, а сама нефть – сложной смесью углево- дородов с другими органическими соединениями.

Основные химические компоненты нефти – углерод (82 – 87%) и во- дород (11 – 14%). Количество серы в ней колеблется от 0,1 до 5%, содер- жание азота и кислорода, как правило, не превышает десятых долей про- цента. Есть исключения: в калифорнийской нефти (США) 1,2% связанного кислорода и 1,7% азота. Кислород нефти обычно содержится в нафтеновых кислотах – асфальтосмолистых веществах, фенолах (производных бензо- ла). Азот находится в пиридине (принадлежит к гетероциклическим соеди- нениям), его производных и гомологах. Сера – в тиофене и его производ- ных, органических сульфидах и меркаптанах (спиртах, в которых кислород замещен серой), а. также в виде сероводорода – в составе попутных нефтя- ных газов. Есть в нефти и вода (хотя взаимная растворимость этих двух веществ невелика), растворенные газы, немного минеральных солей. В зо- ле, образующейся при сжигании нефти, найдено около 20 различных хи- мических элементов, но о том, как мало их в нефти, можно судить хотя бы по тому, что самой золы образуется менее 0,5%. А главные и самые важ- ные компоненты нефти – это углеводороды: насыщенные углеводороды метанового ряда, алициклические соединения – нафтены, ароматические углеводороды...

Непредельных углеводородов – олефинов и диолефинов – в сырой нефти практически нет, но они образуются в процессе ее вторичной пере- работки. Классифицируют нефти по принципу преобладания в них тех или иных углеводородов. Нефтяные залежи большинства месторождений - смешанные: метано-нафтеновые, нафтено-ароматические и т. д. Молеку- лярная масса углеводородов нефти колеблется в очень широких пределах. Правда, нафтеновые углеводороды нефти представлены главным образом пяти- и шестичленными циклами.

Практически важные характеристики нефтей: плотность, вязкость, содержание серы, смол, парафинов, выход фракций (химических частей нефти) при различных режимах термообработки.

Сырая нефть не сразу поступает на переработку, а проходит сначала определенную подготовку. Ее обезвоживают, разрушают образовавшиеся в процессе добычи водонефтяные эмульсии, применяя для этого нагрев до 50 – 160°С, иногда давление (0,5 – 1,0 МПа), поверхностно-активные ве- щества и деэмульгаторы – разрушители эмульсий. Но при обезвоживании из нефти уходят не все растворенные в воде и в нефти хлористые соли. Ес- ли их не удалить, нужно будет применять коррозионно-устойчивые мате- риалы при переработке нефти. Поэтому выгоднее полное удаление хлори- дов на стадии подготовки нефти к переработке, что обеспечивает работа электрообессоливающих установок. Легкие нефти после обезвоживания и обессоливания подвергают еще и стабилизации – отгоняют легкую пропан- бутановую, а частично и пентановую фракции. Если этого не сделать, ве- лики будут потери ценных легких углеводородов в процессе их транспор- тировки. К тому же нестабилизированные легкие нефти опаснее в обраще- нии, чем стабилизированные. Деление нефтей на легкие и тяжелые услов- но: эта классификация – по плотности и, соответственно, количеству при- сутствующих в нефти легчайших и наиболее летучих углеводородов. Лег- кими называют нефти с плотностью до 0,9 г/см³, тяжелыми – больше 0,9 г/см³.

Переработка нефти начинается с ее перегонки – процесса термиче- ского разделения нефти на несколько основных фракций: бензин, лигроин, керосин, реактивное и дизельное топлива, топочный мазут. Последний ис- пользуют не только как горючее, но и как сырье для производства парафи- на, смазочных масел, гудрона и некоторых других нефтепродуктов. Пере- гонку нефти ведут в непрерывно действующих трубчатых установках. Остатком перегонки обычно является мазут или гудрон; мазут перегоняет- ся в вакууме, в результате чего отбираются масляные фракции и остается гудрон.

Но перегонка лишь начальная стадия переработки нефти. За первич- ной переработкой следуют вторичные: крекинг, риформинг, гидроформинг и другие, при которых происходит распад тяжелых углеводородов на более легкие.

Полученные нефтепродукты обязательно подвергают очистке, после чего к ним добавляют различные присадки, чтобы улучшить их эксплуата- ционные качества.

Бензин (бензины). Сложная смесь легких углеводородов нефти, при- меняемая главным образом как топливо для карбюраторных двигателей. Температура конца кипения - не выше 205°С, но 10% массы должно пере- гоняться при температуре 68 – 79°С. Это так называемая пусковая фрак- ция, от ее характеристик зависит легкость запуска двигателя. Бензины по- лучают как при прямой перегонке нефти, так и в процессах ее вторичной переработки. Часть производимого бензина используется в химической промышленности как растворитель.

Керосин – это смесь углеводородов, выкипающих при температуре 180 – 320°С, но некоторые керосины, например из суруханской и грознен- ской нефти, начинают кипеть при более низкой температуре. Сто лет назад керосин называли иначе – фотогеном, что в переводе с древнегреческого означает "рождающий свет". В то время керосин был лишь топливом осве- тительных (керосиновых) ламп. Однако позже он стал и моторным топли- вом: сначала для тракторов, а затем и для реактивных самолетов. Класси- ческие авиационные топлива Т-1 и Т-5 делаются на основе керосиновой фракции нефти. Используется керосин и как горючее в жидком ракетном топливе.

Дизельное топливо. На этом топливе работает дизель – двигатель внутреннего сгорания. Это средние и отчасти тяжелые фракции нефти. Пределы выкипания – 270 – 400°С.

Минеральные масла смазочные: моторные, индустриальные (для смазки станков), приборные, трансмиссионные, цилиндровые, турбинные, компрессорные и др. Несмазочные масла: трансформаторные, кабельные, поглотительные и др. Среди нефтепродуктов есть и медицинские препара- ты, например вазелиновое масло и просто вазелин. Все это достаточно тя- желые фракции нефти, подвергнутые специальной очистке.

Парафин, церезины – твердые углеводороды и их смеси с маслами. В состав парафина входят главным образом насыщенные углеводороды от С₁₉Н₄₀ до С₃₅Н₇₂ с температурами плавления 50 – 70°С. Смесь высших твердых насыщенных углеводородов мелкокристаллического строения со- става С₃₇Н₇₆-С₅₃Н₁₀₈ называется церезином. Больше всего парафина, по- требляет спичечная промышленность – им пропитывают древесину, чтобы она горела ровнее. В химической промышленности парафины используют- ся для получения карбоновых кислот и спиртов, моющих средств, поверх- ностно-активных веществ.

Кроме того, в процессах нефтепереработки получаются битумы и нефтяной кокс (из самых тяжелых фракций), сажа (необходимая резиново- му производству), важнейшие растворители – бензол и толуол.